【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于資源回收，具體涉及一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末中有價金屬元素的方法。
技術介紹
1、近年來，電動汽車產業與儲能系統迅猛發展，促使鋰離子電池（lithium-ionbatteries,?libs）使用量急劇增加，電池報廢后的處理成為關鍵問題。微生物浸出技術相比于傳統回收方法，具有耗能低和綠色環保等優勢，因而具有巨大的應用潛力和市場前景。盡管如此，生物浸出技術仍面臨一些挑戰。首先，較低的浸出效率限制了其在工業規模應用中的廣泛性。此外，不同電池的成分差異大，這對浸出菌種的適應性提出了更高的要求。目前，生物浸出主要依賴于強嗜酸菌，這一過程會產生大量酸性廢水，從而增加了額外的處理成本。為了降低環境影響并減少成本，探尋溫和的嗜酸菌是必要的。通過之前的研究結果可知植物乳桿菌（ lactobacillus?plantarum）和嗜酸乳桿菌（ lactobacillus?acidophilus）能在較溫和的酸性環境中實現較高的金屬浸出百分比，因此被選擇用于生物浸出。
2、然而，生物浸出的效率不僅與菌種的選擇有關，還受到多種環境因素的影響，包括固液比、ph值、溫度和空間狀態。這些因素共同作用于微生物的代謝活動，進而影響浸出效率。因此，為了推動生物浸出技術向工業化邁進，關鍵在于優化這些操作條件，并深入探索浸出機理。通過改善微生物的生長環境和調整工藝參數，提高浸出效率，降低成本，并最終實現廢舊libs的高效、環保回收。
4、水凝膠是一類高分子聚合物網絡材料，它們能夠吸收并保留大量的水分，同時保持固態形態。已有研究表明水凝膠不僅可以作為微生物生長的基質，還能夠作為提取和分離金屬的介質，因其良好的生物相容性和特殊的孔隙結構使其在微生物冶金中備受關注（condi?mainardi?et?al.,?2020）。不過，目前水凝膠在微生物浸出廢舊libs方面還未有報道。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的問題，本專利技術提供了一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊libs粉末中的有價金屬的方法，目的在于提高細菌在一定固液比條件下對有價金屬的浸出百分比，探究其浸出的機理，為微生物回收有價金屬技術提供了一種有效手段。
2、本專利技術的技術方案：一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，所述廢舊電池是指典型廢舊libs，包括廢舊磷酸鐵鋰電池（lithium?iron?phosphatebatteries,?lfp）、鎳鈷錳酸鋰電池（lithium?nickel?manganese?cobalt?oxidebatteries,?ncm）、鎳鈷鋁酸鋰電池（lithium?nickel?cobalt?aluminum?oxidebatteries,?nca）和鈷酸鋰電池（lithium?cobalt?oxide?batteries,?lco）；所述細菌包括 l.?plantarum和 l.?acidophilus；所述水凝膠采用聚乙烯醇和瓊脂糖制備。
3、一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，具體包括以下步驟：
4、步驟1：電池粉末的制備
5、選取典型廢舊libs，將這些廢舊電池在nacl溶液中放電，隨后于干燥，完全干燥后拆解電池并分離正極；將正極電極片剪成1cm×1cm的正方形小塊，浸泡于n-甲基吡咯烷酮（nmp）中溶解去除粘結劑，再用去離子水清洗，直至溶液ph為7.5，再次放入烘箱內烘干；最后使用打粉機破碎，粉末過100目篩網，獲得廢舊電池粉末，保存于避光干燥的環境中。
6、步驟2：細菌的馴化
7、利用 l.?plantarum和/或 l.?acidophilus進行生物浸出實驗；將細菌接種至mrs培養基中，分別加入步驟1中獲得的廢舊電池粉末，在培養箱內靜置培養，待細胞進入生長對數期，即細胞數量增長至108cells/ml時，以5%（v/v）的接種量繼續傳代。針對同一粉末濃度，進行2次傳代操作；隨后將粉末濃度以0.5g/l的濃度梯次增加，循環操作，直至粉末濃度增至5.0g/l，將其傳至無電池粉末的mrs的培養基中傳代2次，最后制備菌保，放置-80℃冰箱內保存，以供后續使用。
8、步驟3：含水凝膠的mrs培養基的制備
9、將聚乙烯醇（poly?(vinyl?alcohol),?pva）和瓊脂糖（agarose,?ag）加入步驟2中的mrs培養基中，滅菌，待滅菌完成后放至水浴鍋中保溫，等待溫度達到36℃-38℃時獲得含有水凝膠的mrs培養基，用于后續浸出實驗。
10、步驟4：水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池粉末中有價金屬實驗
11、將步驟2中的菌液和步驟1中的廢舊電池粉末，分別依次加入到mrs培養基和步驟3中的含水凝膠的mrs培養基中，搖晃使其混合均勻，隨后放置37℃恒溫恒濕培養箱中靜置培養，細菌的濃度和廢舊電池粉末濃度均分別為2.5×107cells/ml和5.0g/l。間隔一定時間取樣，利用ph計測定ph值，隨后用0.22μm的水系微孔濾膜過濾，獲得濾液，隨后測定濾液中的金屬離子濃度并計算其浸出百分比。
12、所述步驟1中，將廢舊鋰離子電池在10%（m/v）的nacl溶液中放電24h-48h，隨后于40℃-60℃烘箱內干燥48h-60h，完全干燥后拆解電池并分離正極。所述10%（m/v）的nacl溶液，表示100ml溶液中含有10g的nacl。
13、所述步驟2中，在培養箱內靜置培養12h-16h，溫度為37℃-40℃。在添加粉末時，要保證細菌的初始細胞密度均為2×107cells/ml；待細胞進入生長對數期，即細胞數量增長至108cells/ml時，以5%（v/v）的接種量繼續傳代。
14、所述步驟2中，所述mrs培養基組分為：蛋白胨10.0g/l，牛肉浸粉5.0g/l，酵母浸粉4.0g/l，葡萄糖20.0g/l，檸檬酸氫二銨?2.0g/l，ch3coona?5.0g/l，mgso40.2g/l，mnso40.05g/l，吐溫80?1.0g/l。
15、所述步驟3中，將聚乙烯醇和瓊脂糖加入步驟2中的mrs培養基中，使其最終濃度分別為5%（w/v）和1%（w/v）；隨后于118℃下滅菌20min，待滅菌完成后放至37℃水浴鍋中保溫，等待溫度達到36℃-38℃時獲得含有水凝膠的mr本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述廢舊電池，包括廢舊磷酸鐵鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池、鎳鈷鋁酸鋰電池和鈷酸鋰電池；所述細菌包括L.?plantarum和L.?acidophilus。
2.根據權利要求1所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述水凝膠采用聚乙烯醇和瓊脂糖制備。
3.根據權利要求1-2任一項所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述步驟1中，將廢舊鋰離子電池在10%NaCl溶液中放電24h-48h，隨后于40℃-60℃烘箱內干燥48h-60h，完全干燥后拆解電池并分離正極。
5.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述步驟2中，利用L.?plantarum和/或L.?acidophilus進行生物浸出實驗；將細菌接種至MRS培養基中，分別加入步驟1中獲得的廢舊電池
6.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述MRS培養基組分為：蛋白胨10.0g/L，牛肉浸粉5.0g/L，酵母浸粉4.0g/L，葡萄糖20.0g/L，檸檬酸氫二銨?2.0g/L，CH3COONa?5.0g/L，MgSO4?0.2g/L，MnSO4?0.05g/L，吐溫80?1.0g/L。
7.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述步驟3中，將聚乙烯醇和瓊脂糖加入步驟2中的MRS培養基中，使其最終濃度分別為5%和1%；隨后于118℃下滅菌20min，待滅菌完成后放至37℃水浴鍋中保溫，等待溫度達到36℃-38℃時獲得含有水凝膠的MRS培養基。
8.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述步驟4中，將步驟2中的菌液和步驟1中的廢舊電池粉末，加入到步驟3中的含水凝膠的MRS培養基中，搖晃使其混合均勻，隨后放置37℃恒溫恒濕培養箱中靜置培養，細菌的濃度和廢舊電池粉末濃度均分別為2.5×107cells/mL和5.0g/L。
...【技術特征摘要】
1.一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述廢舊電池，包括廢舊磷酸鐵鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池、鎳鈷鋁酸鋰電池和鈷酸鋰電池；所述細菌包括l.?plantarum和l.?acidophilus。
2.根據權利要求1所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述水凝膠采用聚乙烯醇和瓊脂糖制備。
3.根據權利要求1-2任一項所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述步驟1中，將廢舊鋰離子電池在10%nacl溶液中放電24h-48h，隨后于40℃-60℃烘箱內干燥48h-60h，完全干燥后拆解電池并分離正極。
5.根據權利要求3所述的一種利用水凝膠協同細菌高效浸出廢舊電池正極粉末的方法，其特征在于，所述步驟2中，利用l.?plantarum和/或l.?acidophilus進行生物浸出實驗；將細菌接種至mrs培養基中，分別加入步驟1中獲得的廢舊電池粉末，在培養箱內靜置培養12h-16h，溫度為37℃-40℃；在添加粉末時，要保證細菌的初始細胞密度均為2×107cells/ml；待細胞進入生長對數期，即細胞數量增長至108cells/ml時，以5%的接種量繼續傳代；針對同一粉末...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張丹妮，李敏，范永強，夏秋麗，王紅，王福會，徐大可，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：
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